CC BY
64
УДК Б21.575:Б20.Э1:ББ2.ЭЭ7 Б01: 10.15587/2312-8372.2015.44139
РАЗРАБОТКА СХЕМ НАСОСНЫХ И БЕЗНАСОСНЫХ АБСОРБЦИОННЫХ ВОДОАММИАЧНЫХ ХОЛОДИЛЬНЫХ МАШИН ДЛЯ РАБОТЫ В СИСТЕМАХ ПОЛУЧЕНИЯ ВОДЫ ИЗ АТМОСФЕРНОГО ВОЗДУХА
На основе проведенного анализа показаны перспективы применения теплоиспользующих абсорбционных водоаммиачных холодильных машин в системах получения воды из атмосферного воздуха при отсутствии источников электрической энергии. Разработана методика расчета их циклов и определены и энергетически эффективные режимы работы в зависимости от температуры охлаждающей среды, температуры объекта охлаждения, температуры греющего источника.
Ключевые слова: водоаммиачная абсорбционная холодильная машина, вода из воздуха, солнечные коллектора.
Осадчук Е. А., Титлов А. С., Кузаконь В. М., Шлапак Г. В.
1. Введение
Общеизвестно, что самым ценным ресурсом на планете в ближайшее время станет вода, а борьба за водные ресурсы в мире является одним из факторов в современных вооруженных конфликтах и, эта тенденция будет только расти в обозримом будущем.
Для содействия в решении этой проблемы, в декабре 2003 года Генеральная Ассамблея Организации Объединенных Наций объявила 2005-2015 годы Международным десятилетием действий «Вода для жизни». По данным ООН [1]:
— Насчитывается более 1 миллиарда человек, не имеющих устойчивого доступа к чистой воде. 2,4 миллиарда человек — более одной трети населения мира — не имеют доступа к надлежащим средствам санитарии. Эта ситуация приводит к катастрофическим последствиям.
— Ежегодно более 2,2 миллиона человек, главным образом в развивающихся странах, умирают от болезней, связанных с низким качеством воды и неудовлетворительными и санитарно-гигиеническими условиями.
— Ежедневно 6000 детей умирают от болезней, которые можно предотвратить путем повышения качества воды и улучшения санитарно-гигиенических условий.
— Более 70 процентов всех имеющихся ресурсов пресной воды используется в сельскохозяйственных целях. Однако в результате неэффективной работы оросительных систем, существующих, в частности, в развивающихся странах, 60 процентов этой воды испаряется или возвращается в реки и в подземные воды.
— С 1960 года объем воды, забираемой на цели орошения, увеличился более чем на 60 процентов.
— В настоящее время более 40 процентов населения мира живет в районах, испытывающих сред-
нюю или острую нехватку воды. Предполагается, что к 2025 году приблизительно две трети населения мира — около 5,5 миллиарда человек — будет жить в районах, сталкивающихся с нехваткой воды в таких масштабах.
— Все большее число регионов мира, особенно в Северной Африке, а также Западной и Южной Азии, сталкивается с проблемой дефицита воды. В таких регионах, как Соединенные Штаты Америки, Китай и Индия, темпы потребления подземных вод превышают темпы их пополнения и происходит постоянное снижение уровня грунтовых вод.
Около 70 процентов поверхности земного шара покрыто водой, однако на 97,5 процента она состоит из соленой воды. Оставшиеся 2,5 процента приходятся на пресную воду, почти две трети которой находится в замороженном состоянии в ледниковых шапках. Между тем, основная часть пресной воды находится в 1 километровом слое атмосферы. По данным работы [2] средняя абсолютная влажность близ земной поверхности составляет 11 г/м3, а в тропических регионах она доходит до 25 г/м3 и выше. Большое количество стран тропического пояса страдает от отсутствия пресной воды, хотя ее содержание в атмосфере весьма значительно.
Поэтому одной из важнейших задач является развитее технологий позволяющих извлекать воду из воздуха, причем непосредственно на месте, где она необходима.
2. Анализ литературных данных и постановка проблемы
С древних времен пресную воду, в очень ограниченных количествах, получали путем сбора сконденсированных капель из воздуха в результате естественного суточного радиационного охлаждения земной поверхности (охлаждение в ночное время пористых камней с образованием росы) [3]. При понижении температуры
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ АУДИТ И РЕЗЕРВЫ ПРОИЗВОДСТВА — № 3/3(23], 2015, © Осадчук Е. А., Титлов А. С.,
Кузаконь В. М., Шлапак Г В.
на 10-15 °С из каждого кубического метра можно выделить 10-14 г воды. Для повышения эффективности процесса конденсации пара воды в этих условиях используют интенсифицирующие элементы — холодоак-кумуляторы (щебень), тепловые трубы, обеспечивающие передачу тепла на значительные расстояния и систему сорбентов, работающих в циклическом режиме «зарядки-разрядки» [4].
В наше время, основной объем рынка оборудования по выделению воды из воздуха приходится на системы, имеющие в своем составе компрессионную холодильную установку с электрическим приводом, которые гарантировано обеспечивают температуру ниже точки росы. Для получения 1 литра воды требуется затратить около 1 кВт ■ ч электроэнергии, а в среднем из потока воздуха 1 кг/с выделить ~ 10 г/с воды. При холодильном коэффициенте компрессионной холодильной машины, равном 3, на производство 1 литра воды будет затрачивается энергия порядка ~ 0,33 кВт ■ ч [5]. Вместе с тем применение компрессионных установок перспективно только для производительности до 3-4 литров воды в час. При более высокой производительности происходит существенное возрастание габаритов установки.
Несравненно большая, по сравнению с компрессионными аналогами, производительность систем получения воды из атмосферного воздуха может быть достигнута при адиабатном расширении в турбодетандере воздушной холодильной машины. Такие машины успешно применяются в космической технике при организации запуска летательных аппаратов [6].
Однако, в мире насчитывается немало мест, а это страны Африки, Юго-Восточной Азии, Южной Америки, где помимо проблем с водой есть проблемы и с электроэнергией, да и в свете глобальных проблем с истощением нефтяных и газовых ресурсов планеты — расходование электричества на решение этой проблемы становится проблематичным. Эти проблемы характерны и для южного региона Украины [7].
В этой связи разработчики систем получения воды из атмосферного воздуха уделяют значительное внимание теплоиспользующим холодильным установкам, источником тепла в которых является солнечная энергия. Одним из многообещающих направлений является возможность использования существующей инфраструктуры солнечных нагревателей воды, суммарный объем площадей коллекторов которых в мире более 200 млн. м2 [8].
Из всех возможных типов теплоиспользующих машин разработчики останавливают свой выбор на сорбционных холодильных машинах — с твердым поглотителем (адсорбционный тип) [9, 10] и жидким поглотителем (абсорбционный тип) [11-16].
К недостаткам современных адсорбционных схем [9, 10] и абсорбционных схем [11-15] можно отнести их привязку к жидкостным системам охлаждения тепло-рассеивающих элементов (конденсатора и абсорбера), которые предполагают наличие градирни и затраты воды на испарительное охлаждение. Очевидно, что это делает их применение в засушливых регионах, где наблюдается дефицит воды, нецелесообразным.
В тоже время среди абсорбционных схем можно выделить схемы с водоаммиачным раствором в качестве рабочего тела [14, 15], которые достаточно просто реализуются и при воздушном отводе тепла холодильного цикла от теплорассеивающих элементов, в частности,
в безнасосных схемах с выравнивающим инертным газом [17, 18].
Тем не менее, абсорбционные водоаммиачные схемы с воздушным охлаждением теплорассеивающих элементов в большинстве случаев не могут быть напрямую использованы в системах получения воды из атмосферного воздуха при работе с солнечными коллекторами. Это связано с тем, что в настоящее время основной парк солнечных коллекторов составляют конструкции с водой в качестве теплоносителя [8]. Максимальная температура нагрева в таких системах не превышает 100 °С, а этого недостаточно для полноценной реализации абсорбционного водоаммиачного холодильного цикла даже в зоне умеренного климата, как для насосной схемы (оптимальный рабочий диапазон 120-140 °С), так и для безнасосной (оптимальный рабочий диапазон 150-170 °С) [19]. Повышенный уровень температур в безнасоной схеме связан с наличием инертного выравнивающего газа (традиционно — водорода), позволяющего избавится от перекачивающих элементов конструкции [20].
Необходимо отметить и тот факт, что рабочим телом водоаммиачных холодильных агрегатов, как насосного и безнасосного типа, служит природное рабочее тело — водоаммиачный раствор (ВАР), не оказывающий неблагоприятное техногенное воздействие на экосистему планеты [21]. К тому же аммиак позволяет расширить область применения абсорбционных холодильных систем в части снижения температуры холодного источника ниже 0 °С, например, для решения кондиционирования воздуха или холодильного хранения пищевых продуктов и сырья.
Таким образом, исследования и разработки тепло-использующих абсорбционных водоаммиачных холодильных агрегатов с солнечными водяными коллекторами для систем получения воды из атмосферного воздуха в части расширения их области применения можно считать актуальными.
3. Объект, цель и задачи исследования
Объект исследования — абсорбционные водоаммиач-ные холодильные агрегаты насосного (АВХА) и безнасо-ного типа — абсорбционно-диффузионные холодильные агрегаты (АДХА).
Цель исследования — определить перспективы применения теплоиспользующих абсорбционных водоамми-ачных холодильных агрегатов с солнечными водяными коллекторами в системах получения воды из атмосферного воздуха.
Для достижения поставленной цели необходимо выполнить такие задачи:
1. Разработать методику термодинамического расчета циклов АВХА и АДХА в расширенном, по сравнению с традиционном, диапазоне температур эксплуатации, как в части греющего источника, так и окружающей среды и объекта охлаждения.
2. Провести анализ расчета термодинамических параметров в АВХА и АДХА в расширенном диапазоне параметров эксплуатации.
3. Разработать перспективные схемы АВХА и АДХА в расширенном диапазоне параметров эксплуатации при работе в системах получения воды из атмосферного воздуха.
4. Результаты и анализ исследования циклов насосных и безнасосных абсорбционных водоаммиачных холодильных машин для работы в системах получения воды из атмосферного воздуха
Одной из особенностей абсорбционных холодильных машин всех типов является взаимозависимость температур в характерных процессах цикла — температуры греющей среды th, температуры охлаждающей среды tW, температуры объекта охлаждения tob. Из трех температур произвольно могут быть заданы только две [22].
Как показывает практика, работа холодильной установки должна обеспечивать заданный уровень охлаждения (tob ), а сама установка работать в соответствующих климатических условиях, то есть при заданной температуре охлаждающей среды. Поэтому, реальным параметром, I-
который может изменяться, является только температура греющего источника.
Современные методики расчета [23] не учитывают такую взаимозависимость температур в абсорбционном холодильном цикле, так как допускают наличие источника тепловой энергии только с необходимым температурным потенциалом.
На первом этапе исследований был разработан алгоритм расчета циклов АВХА насосного типа для работы с низкопотенциальными источниками тепловой энергии.
На рис. 1. представлена наиболее простая схема АВХА с двумя регенеративными теплообменниками — растворов (РТР) и аммиака (РТА). К генератору 1, который заполненный жидким ВАР, подводится низкопотенциальное тепло, в результате чего с раствора будет преимущественно выкипать низкокипящий компонент (аммиак) с незначительными частицами водяного пара. Пар попадает в ректификатор 2, в котором охлажденный насыщенный ВАР с РТР 5 и абсорбера 4 стекает навстречу потоку пара, который идет с генератора 1. При этом менее летучие пары воды конденсируются первыми, повышая при этом концентрацию аммиака в потоке. Дальше пары ВАР попадают в дефлегматор 3. На его холодных трубках первыми конденсируются пары воды, которые остались после ректификатора 2. Наличие в схеме АВХА ректификатора 2 и дефлегматора 3 позволяет практически полностью избавиться от водяного пара в потоке пара аммиака, который идет в конденсатор 7. Дальше пар аммиака поступает в конденсатор 7, сжижается с отводом тепла фазового перехода, попадает в РТА 8, в котором холодный пар аммиака, что идет из испарителя 9 в абсорбер 4 предварительно подогревается, за счет чего увеличивается тепловой коэффициент цикла АВХА.
Исходными данными для расчета были приняты:
а) температура охлаждающей среды toc;
б) температура объекта охлаждения toь;
в) перепады температур на элементах, которые не явно учитывают условия теплообмена и недорекупера-цию тепла:
Ath — перепад температур между слабым ВАР и греющим источником тепла генератора;
А%к, А^а , А^еф — температурный напор в конденсаторе, абсорбере, дефлегматоре с охлаждающей средой;
А^ — температурный напор между потоками слабого и крепкого ВАР на холодном конце РТР;
г) холодопроизводительность испарителя ^.
Варьируемым параметром является температура греющего источника тепла
На первом этапе исследований по приведенному выше алгоритму был выполнен поиск диапазонов температур греющего источника который бы удовлетворял
условиям работы АВХА (^с) и требования к объекту охлаждения ^оЬ).
PB-1
Рис. 1. Схема АВХА с двумя регенеративными теплообменниками: 1 — генератор; 2 — ректификатор; 3 — дефлегматор; 4 — абсорбер; 5 — РТР; 6 — насос; 7 — конденсатор;
8 — РТА; 9 — испаритель
Актуальность такого исследования была связана с тем, что некоторые режимы работы АВХА не могут быть организованы из-за недостаточно высокой температуры греющего источника. Так, например, уровень температур охлаждения в испарителе требует соответствующего уровня давления Ро и в испарителе и в абсорбере. Равновесная температура крепкого ВАР в абсорбере А должна быть выше температуры охлаждающей среды, чтобы обеспечить отвод теплоты абсорбции. Массовая доля аммиака в крепком ВАР определяется значениями Ро и ^ А, а для организации процесса абсорбции необходима некоторая зона дегазации — разность массовых долей аммиака в крепком и слабом 5сл. ВАР. В свою очередь массовая доля аммиака в слабом ВАР 5сл. определяется значениями давления конденсации-генерации Рк и температурой греющего источника 4.
Алгоритм поиска рабочих режимов АВХА состоял в следующем.
На первом этапе задавались температуры объекта охлаждения: toь = -30 °С; -15 °С; -5 °С.
Для каждого значения toЪ проводился расчет с фиксированным значением с диапазоном 25...43 °С с шагом в 1 °С.
J
Для заданных значений tob и toc проводился расчет кратности циркуляции с переменной trp с шагом в 1 °С.
В случае, если кратность циркуляции является величиной положительной, делали вывод, что режим работы АВХА может быть реализован, а в противном случае, когда кратность циркуляции была величиной отрицательной — делался вывод, что режима работы не существует.
Получена аналитическая зависимость между температурой охлаждающей среды (toc), температурой объекта охлаждения (tob) и температурой греющего источника (t^) при условии максимального значения теплового коэффициента.
Зависимость имеет следующий вид [24]:
a + bToc + cTOC + dTo6 + еТо2б + /То3б
T =-
1 + kToc + ITC + mT, + nTl
В-третьих, для работе в условиях тропического климата (^с = 35-45 °С) и температуре объекта охлаждения 5 °С (гарантированная температура «точки росы») температура греющего источника должна быть выше 110 °С.
С учетом приведенного выше анализа, а также с учетом простоты конструкции и способа реализации для дальнейшей разработки был выбран вариант традиционной АВХА с теплообменником растворов и с бустер-компрессором на магистрали подачи пара аммиака в конденсатор (рис. 3) [24, 25].
Работа АВХА с бустер-компрессором осуществляется следующим образом.
В генератор пара 1 (рис. 3) подается тепловая нагрузка, например, нагретый в системе СК теплоноситель.
(1)
где а = 47,74648658;Ь = -1,01853416; с = 0,013464939; d = -1,12675283; е = 0,02319431; f = -0,00017897; к = = -0,03803459; I = 0,00049505; т = -0,00750582; п = = 0,000151575; размерность температур — °С.
Максимальная погрешность аналитической зависимости 5,3 %. Средняя погрешность 1,1 %.
Вид поверхности, построенной по зависимостям, приведен на рис. 2.
Рис. 2. Зависимость между температурой охлаждающей среды (^Д температурой объекта охлаждения (^ и температурой греющего источника (4р) при условии максимального значения теплового коэффициента
Анализ полученных результатов расчета позволяет сделать следующие выводы.
Во-первых, в диапазоне расчетных параметров с ростом температуры наружного воздуха (охлаждающей среды ^с) увеличивается и необходимая температура греющего источника Так, например, при росте от 20 °С до 45 °С при фиксированной температуре tob = 5 °С температура ^ увеличится от 65 °С до 110 °С.
Во-вторых, в диапазоне расчетных параметров рост температуры объекта охлаждения, например, от -30 °С до 15 °С при фиксированной температуре наружного воздуха 45 °С приведет к росту необходимой температуры греющего источника от 85 °С до 138 °С.
Рис. 3. Схема АВХА с поджимающим бустер-компрессором: 1 — генератор-кипятильник; 2 — воздушный конденсатор; 3 — дроссель жидкого аммиака; 4 — воздухоохладитель; 5 — абсорбер; 6 — воздушный охладитель слабого раствора; 7 — насос крепкого раствора; 8 — дроссель слабого раствора; 9 — теплообменник растворов; 10 — бустер-компрессор
Нагретая вода, циркулируя по теплообменным внутренним трубкам генератора 2, передает тепло крепкому ВАР. Из жидкого ВАР при давлении Рг выпаривается преимущественно легкокипящий компонент-аммиак с некоторыми частями абсорбента-воды. Обедненный по аммиаку ВАР — «слабый» ВАР, имеющий большую плотность, перемещается в нижнюю часть генератора 1, а паровая водоаммиачная смесь поднимается в верхнюю часть генератора 1. В верхней части генератора происходит очистка паровой смеси за счет разности нормальных температур кипения воды и аммиака путем ректификации и дефлегмации.
Очищенный пар аммиака подается на вход бустер-компрессора 10, сжимается и с повышенным, по сравнению с давлением в генераторе (Рг), давлением Рк поступает в воздушный конденсатор 2. В конденсаторе 2 пар сжижается с отводом теплоты парообразования к окружающему воздуху. Жидкий аммиак после конденсатора 2 проходит через дроссель 3, теряет давление с Рк до Ро и в виде влажного пара (смеси пара и жидкости) поступает в воздухоохладитель 4. В воздухоохладителе жидкий аммиак кипит при низком давлении Р0 и температуре То с отводом тепла от наружного воздуха.
Постоянное давление в испарителе Ро поддерживается за счет отвода пара аммиака в абсорбер 5, где он поглощается слабым ВАР, поступающим из генератора 1 через дроссель 8.
Из абсорбера 5 насыщенный аммиаком крепкий ВАР при помощи циркуляционного насоса 7 преодолевает перепад давлений АР = Рг - Ро и поступает в генератор 1 и цикл АВХА повторяется.
В схеме предусмотрено воздушное охлаждение тепло-рассеивающих элементов, так как работа АВХА планируется в условиях дефицита водных ресурсов
С помощью оригинального алгоритма расчета циклов АВХА был проведен анализ циклов АВХА с поджимающим бустер-компрессором перед конденсатором. Результаты расчетов приведены на рис. 4 и рис. 5.
Рис. 4. Влияние температуры греющего источника на МХК цикла АВХА с поджимающим бустер-компрессором перед конденсатором при температуре объекта охлаждения 0 °С и температуре наружного воздуха 32 °С
10
3
1
32
34
36
38
40
42 toe"С
Интерес представляет и сравнение цикла АВХА с бустер-компрессором и цикла парокомпрессионной холодильной машины (ПКХМ), работающей в том же диапазоне параметров температур объекта охлаждения и наружного воздуха.
Результаты сравнения цикла ПКХМ, работающего по идеальному циклу Карно, и цикла АВХА с поджимающим бустер-компрессором перед конденсатором приведены на рис. 3.
Анализ приведенных графических зависимостей показывает, что имеют место энергетические преимущества у АВХА с бустер-компрессором даже перед идеальным холодильным циклом Карно, начиная с уровня температур греющего источника 100 °С — в рассмотренном диапазоне температурных параметров оно составляет от 11 до 24 %.
Проведенный расчет АДХА по известной методике [26] также показал невозможность их прямого использования в системах получения воды из атмосферного воздуха из-за повышенных требований к температуре греющего источника.
С учетом требований к температуре греющего источника была предложена следующая система получения воды из атмосферного воздуха на базе АДХА (рис. 6).
Рис. 5. Влияние температуры наружного воздуха на МХК цикла АВХА с поджимающим бустер-компрессором перед конденсатором и на холодильный коэффициент идеального цикла Карно ПКХМ: 1, 3 — цикл АВХА; 2 — цикл ПКХМ; температура греющего источника АВХА: 1 — 90 °С; 2 — 100 °С
Интерес представлял своеобразный «модифицированный холодильный коэффициент» (МХК) цикла АВХА (п), который представляет собой отношение полезного эффекта (искусственного холода) с затраченной в циркуляционном насосе 7 и бустер-компрессоре электрической мощности. С учетом того, что тепловая энергия греющего источника поступает от СК, ее, как бы полученную даром, авторы статьи не учитывали.
Анализ рис. 5 показывает, что с повышением температуры греющего источника от 80 °С до 100 °С эффектность АВХА возрастает почти в 2 раза.
Рис. 6. Схема установки получения воды из атмосферного воздуха с АДХА
Установка содержит АДХА, в состав которого входят: генератор 1, дефлегматор 2, конденсатор 3, испаритель 4, опускной 5 и подъемный 6 каналы парогазового контура, абсорбер 7, ресивер раствора рабочего тела 8, теплообменник типа «труба в трубе» 9 растворов рабочего тела, каналы слабого 10 и крепкого 11 растворов рабочего тела.
Генератор 1 АДХА установлен в фокусе параболического зеркального концентратора солнечного теплового излучения 12. АДХА заправлен ВАР и водородом в качестве выравнивающего инертного газа. ВАР частично заполняет генератор 1 и ресивер 8, а теплообменник 8 и каналы 10 и 11 — полностью.
Контур естественной циркуляции воздушного потока представляет собой ^-образный канал с опускными 13 и подъемными 14 частями.
В опускном канале 13 установлена емкость 15 для сбора конденсата, стекающего с испарителя 4. Из емкос-
ти 15 конденсат отводится для дальнейшего хранения в сосуд 16.
В верхней части опускного канала 13 размещен испаритель 4 АДХА, а в нижней и верхней части подъемного канала 14, соответственно, абсорбер 7 и конденсатор 3.
Работа установки для получения воды из атмосферного воздуха осуществляется следующим образом.
При восходе солнца его тепловое излучение попадает на концентратор 12, который фокусирует его и подает на генератор 1. Генератор 1 разогревается и из ВАР начинает преимущественно выпариваться, низкокипящий компонент — аммиак. Из-за недостаточно высокой разности нормальных температур кипения воды и аммиака в образующемся паре частично находится и водяной пар.
Очистка пара аммиака от воды происходят в дефлегматоре 2 с отводом теплоты фазового перехода в окружающую среду. Очищенный пар аммиака поступает в конденсатор 3, где сжижается также с отводом теплоты фазового перехода в окружающую среду.
Для обеспечения необходимого температурного напора между поверхностью конденсатора 3 и наружным воздухом давление во внутренней полости АДХА поддерживают на уровне 20...22 бар, что соответствует уровню температур конденсатора порядка 50 °С.
Жидкий аммиак из конденсатора 3 стекает в испаритель 4, куда поступает из подъемного канала 5 и частично очищенный от пара аммиака водород.
В испарителе 4 происходит испарение жидкого аммиака в среду инертного газа-водорода при низком парциальном давлении и, соответственно, при низкой температуре.
Состав рабочего тела АДХА подбирается таким образом, чтобы можно было бы обеспечить температуру на наружной поверхности испарителя ниже температуры точки росы.
Из испарителя 4 насыщенный паром аммиака инертный газ (водород) за счет большей плотности опускается по каналу 6 вниз — в нижнюю часть абсорбера 7.
В верхнюю часть абсорбера 7 поступает из генератора 1 слабый (с меньшей долей аммиака) ВАР, который стекает в нижнюю часть абсорбера 7 и накапливается в ресивере 8.
При контактном взаимодействии слабого ВАР и насыщенной смеси аммиака и водорода происходит абсорбция (поглощение) пара аммиака жидкостью. Слабый ВАР при этом насыщается и становится насыщенным по аммиаку (крепким), а водород частично очищается от пара аммиака.
Крепкий ВАР по каналу 11 поступает через теплообменник 9 в генератор 1. В теплообменнике слабый ВАР отдает тепло крепкому ВАР и цикл работы АВХА повторяется.
При контакте атмосферного воздуха с поверхностью испарителя 4, имеющую температуру ниже температуры точки росы, происходит конденсация растворенного водяного пара, при этом атмосферный воздух осушается и охлаждается.
Охлажденный и осушенный воздух имеют большую плотность и опускаются в нижнюю часть канала 13.
Конденсат воды стекает с испарителя 4 и накапливается в емкости 14, откуда затем подается в емкость 15.
В нижней части подъемного канала осушенный и охлажденный воздух контактирует с нагретой до 42.45 °С поверхностью абсорбера 7.
В процессе теплообмена воздух нагревается, а абсорбер 7 охлаждается. Нагретый теплый воздух, имеющий меньшую, по сравнению с холодным плотность выталкивается в зону конденсатора, где дополнительно нагревается при отводе теплоты конденсации.
Восходящий поток осушенного холодного воздуха снижает температуру теплорассеивающих элементов АДХА (абсорбера и конденсатора), а это приводит к повышению холодопроизводительности испарителя АДХА при прочих равных условиях.
5. обсуждение результатов разработки насосных и безнасосных абсорбционных водоаммиачных холодильных машин для работы в системах получения воды из атмосферного воздуха
К достоинствам проведенного исследования можно отнести:
а) во-первых, анализ существующих систем и оценку их перспектив в специфических условиях — при отсутствии стабильных источников электрической энергии и дефицита воды;
б) во-вторых, получение численных значений термодинамических параметров циклов АВХА и АДХА в тропических условиях эксплуатации систем получения воды из атмосферного воздуха;
в) в-третьих, это новые предложения оригинальных способов работы АВХА и системы получения воды на базе АДХВА.
К недостаткам работы можно отнести:
а) отсутствие конкретных предложений по установке новых элементов — бустер-компрессора и параболического зеркала;
б) отсутствие анализа применимости в системах получения воды специальных циклов АВХА — с материальной регенерацией и двухкаскадных схем, которые принципиально также могут работать в условиях пониженных температур греющего источника.
Проведенные исследования полезны для разработчиков систем получения воды из атмосферного воздуха, особенно в зонах тропического климата и при отсутствии источников электрической энергии.
Результаты проведенного исследования могут быть полезны и для разработчиков систем кондиционирования жилых помещений.
Разработанные водоаммиачные системы при невысоких температурах наружного воздуха (в весенне-осенний период) могут использоваться и в качестве холодильника пищевых продуктов и сырья.
Представленная работа является новой и в дальнейшем в рамках госбюдженых и аспирантских исследований планируется ее продолжение.
6. выводы
1. В результате проведенных исследований показано, что при реализации традиционных циклов АВХА имеются режимы с максимальной энергетической эффективностью в практических диапазонах температур охлаждающей среды (от 20 °С до 45 °С) и объектов охлаждения (от -30 °С до 15 °С), а для достижения таких оптимальных режимов необходимо соответствующая
комбинация состава крепкого ВАР и температуры греющего источника.
2. Предложена схема АВХА с поджимающим бустер-компрессором перед конденсатором для работы в составе системы получения воды из атмосферного воздуха с источником тепла от солнечных коллекторов с водой в качестве теплоносителя, которая несмотря на дополнительные затраты энергии на привод компрессора, может обеспечить работу АВХА с источниками тепла от 80 °С, причем с повышением температуры греющего источника от 80 °С до 100 °С энергетическая эффектность АВХА возрастает в 2 раза.
3. Сравнительный анализ энергетических характеристик цикла АВХА с поджимающим бустер-компрессором и цикла ПКХМ, работающей по идеальному циклу Карно, показал преимущество АВХА, начиная с уровня температур греющего источника 100 °С.
4. Применение безнасосного АВХА позволяет реализовать абсолютно автономный способ получения воды из атмосферного воздуха, повышенная производительность которого зависит только от интенсивности солнечного теплового излучения и постоянна в течение светового дня.
Литература
1. Международное десятилетие действий «Вода для жизни», 2005-2015 годы [Электронный ресурс] / Механизм «ООН — водные ресурсы». — Режим доступа: \www/URL: http:// www.un.org/ru/waterforlifedecade/unwater.shtml
2. Аль Майтами Валид Абдулвахид Мохаммед. Направления совершенствования водообеспечения в странах Аравийского полуострова [Текст] / Аль Майтами Валид Абдулвахид Мохаммед, Г. Т. Фрумин // Современные проблемы науки и образования. — 2007. — № 6(2). — С. 13-17. doi:10.17513/ spno.2007.6.2
3. Аль Майтами Валид Абдулвахид Мохаммед. Экологически безопасные технологии водообеспечения в странах аравийского полуострова [Текст] / Аль Майтами Валид Абдулвахид Мохаммед, Г. Т. Фрумин // Современные проблемы науки и образования. — 2008. — № 3. — С. 111-115. doi:10.17513/ spno.2008.3
4. Титлов, А. С. Анализ схем получения воды из атмосферного воздуха [Текст] / А. С. Титлов, А. Н. Краснопольский // Мясное дело. — 2011. — № 6. — С. 28.
5. Ищенко, И. Н. Перспективы применения абсорбционных водоаммиачных холодильных машин в системах получения воды из атмосферного воздуха [Текст] / И. Н. Ищенко, А. С. Титлов, А. Н. Краснопольский // Збiрник наукових праць Вшницького нащонального аграрного ушверситету. Серiя: Техшчш науки. — 2011. — Вип. 7. — С. 92-97.
6. Шелепов, В. А. Получение воды из атмосферного воздуха при помощи различных холодильных машин [Текст] / В. А. Шелепов, М. Г. Мелкозеров // Актуальные проблемы авиации и космонавтики. — Красноярск: Сибирский государственный аэрокосмический университет им. акад. М. Ф. Решетнева. — 2012. — № 8. — С. 74-75.
7. Василiв, О. Б. Структура та шляхи ращонального викори-стання води на харчових шдприемствах [Текст] / О. Б. Ва-силiв, О. О. Коваленко // Науковi пращ ОНАХТ. — 2009. — Вип. 35, Т. 1. — С. 54-58.
8. The European Solar Thermal Industry Federation (ESTIF) [Electronic resource]. — Available at: \www/URL: http://www.estif.org
9. Thermal solar line. Rotartica, air conditioning appliances: — Solar Line, single effect 4,5 kW [Electronic resource]. — Available at: \www/URL: http://andyschroder.com/static/pdf/Rotartica/ Rotartica_Product_Description.pdf
10. Innovative Cooling! [Electronic resource] / SorTech. — Available at: \www/URL: http://www.sortech.de/en/trade/solare-kuehlung
11. Henning, H.-M. Solare Kuhlung und Klimatisierung-Beluftung und Warmeruckgewinnung [Electronic resource] / Henning Hans-Martin, Rainer Braun, Almet Lokurlu, Peter Noeres // Solare Kuhlung und Klimatisierung. — Themen, 2005. — P. 45-54. — Available at: \www/URL: http://www.fvee.de/ fileadmin/publikationen/Themenhefte/th2005/th2005_02_04.pdf
12. Solar Cooling [Electronic resource] / SOLID. — Available at: \www/URL: http://www.solid.at/en/references/solar-cooling
13. Дорошенко, А. В. Разработка многофункциональных солнечных систем на основе теплоиспользующего абсорбционного цикла и тепломассообменных аппаратов с подвижной насадкой [Текст] / А. В. Дорошенко, В. А. Гончаренко // Холодильна техщка та технолопя. — 2015. — Т. 51, № 1. — С. 35-46. doi:10.15673/0453-8307.1/2015.36783
14. Icebook [Electronic resource] / SolarFrost. — Available at: \www/ URL: http://www.solarfrost.com/en/icebook.html
15. Jakob, U. Raumklimatisierung mittels solar betriebener Diffusion-Absorptionskaltemaschine [Text] / Uli Jakob, Dietrich Schneider, Ursula Eicker // Horizonte. — 2005. — № 26. — P. 10-14.
16. Татауров, О. Холод — Солнце. Для изобретателей и инженеров холодильная техника на альтернативных источниках энергии — богатейшее поле для творчества [Текст] / О. Татауров // Холодильный бизнес. — 2009. — № 7. — С. 18-20.
17. Zohar, A. The influence of diffusion absorption refrigeration cycle configuration on the performance [Text] / A. Zohar, M. Jelinek, A. Levy, I. Borde // Applied Thermal Engineering. — 2007. — Vol. 27, № 13. — P. 2213-2219. doi:10.1016/ j.applthermaleng.2005.07.025
1S. Sozen, A. The effect of ejector on the performance of diffusion absorption refrigeration systems: An experimental study [Text] / A. Sozen, T. Menlik, E. Ozb^ // Applied Thermal Engineering. — 2012. — Vol. 33-34. — P. 44-53. doi:10.1016/j.appltherma-leng.2011.09.009
19. Осадчук, Е. А. Поиск энергетически эффективных тепловых режимов водоаммиачной абсорбционной холодильной машины в широком диапазоне эксплуатационных параметров [Текст] / Е. А. Осадчук, А. С. Титлов // Харчова наука i технолопя. — 2012. — № 4. — С. 79-82.
20. Титлов, А. С. Научно-технические основы энергосбережения при проектировании холодильных аппаратов с абсорб-ционно-диффузионными холодильными машинами [Текст] / А. С. Титлов // Наутв пращ Одесько! нацюнально! академи харчових технологш. — 2006. — № 29, Т. 1. — С. 194-200.
21. Бараненко, А. В. Состояние и перспективы развития холодильной отрасли в России [Текст] / А. В. Бараненко, Г. А. Белозеров, О. М. Таганцев, В. И. Смыслов, В. Н. Бондарев // Холодильная техника. — 2009. — № 3. — С. 20-24.
22. Морозюк, Л. И. Теплоиспользующие холодильные машины — пути развития и совершенствования [Текст] / Л. И. Морозюк // Холодильна техщка та технолопя. — 2014. — № 5. — С. 23-29. doi:10.15673/0453-8307.5/2014.28695
23. Sathyabhama, A. Thermodynamic simulation of ammonia-water absorption refrigeration system [Text] / A. Sathyabhama, Babu Ashok // Thermal Science. — 2008. — Vol. 12, № 3. — P. 45-53. doi:10.2298/tsci0803045s
24. Осадчук, Е. А. Определение энергетически эффективных режимов работы абсорбционной водоаммиачной холодильной машины в системах получения воды из атмосферного воздуха [Текст] / Е. А. Осадчук, А. С. Титлов, С. Ю. Мазурен-ко // Холодильна техщка та технолопя. — 2014. — № 4. — С. 54-57. doi:10.15673/0453-8307.4/2014.28054
25. Радченко, Н. И. Холодильные теплоиспользующие циклы с применение эффекта тепловой компрессии [Текст] / Н. И. Радченко, Д. В. Коновалов // Авиационно-космическая техника и технология. — 2008. — № 8(55). — C. 111-115.
26. Ищенко, И. Н. Моделирование циклов насосных и безнасосных абсорбционных холодильных агрегатов [Текст] / И. Н. Ищенко // Науковi пращ Одесько! нацюнально! академи харчових технологш. — 2010. — № 38, Т. 2. — С. 393-405.
Р0ЗР0БКА СХЕМ НАС0СНИХ i БЕЗНАСОСНИХ АБСОРБЦШНИХ BОДОАМiАЧНИХ ХОЛОДИЛЬНИХ МАШИН ДЛЯ РОБОТИ В C№TEMi ОТРИМАННЯ ВОДИ З АТМОСФЕРНОГО ПОВГГРЯ
На основi проведеного анашзу показаш перспективи за-стосування тепловикористовуючих абсорбцшних водоа1шачних холодильних машин в системах отримання води з атмосферного
повiтря за вiдсутностi джерел електрично'1 енерги. Розроблено методику розрахунку ïx циклiв i визначенi i енергетично ефек-тивнi режими роботи залежно вiд температури охолоджуючого середовища, температури об'екта охолодження, температури гртчого джерела.
Kлючовi слова: водоамiачна абсорбцшна холодильна машина, вода з пов^ря, сонячнi колектори.
Осадчук Евгений Александрович, старший преподаватель, кафедра высшей математики, Одесская национальная академия пищевых технологий, Украина, e-mail: osadchuk_e@mail.ru. Титлов Александр Сергеевич, доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой теплоэнергетики и трубопроводного транспорта энергоносителей, Одесская национальная академия пищевых технологий, Украина, е-mail: titlow@mail.ru. Кузаконь Виктор Михайлович, кандидат физико-математических наук, доцент, заведующий кафедрой высшей математики, Одесская национальная академия пищевых технологий, Украина, e-mail: kuzakon_v@ukr.net.
Шлапак Галина Всеволодовна, кандидат технических наук, доцент, кафедра технологии мяса, рыбы и морепродуктов, Одесская национальная академия пищевых технологий, Украина, е-mail: shlapak.galya@mail.ru.
Осадчук Свген Олександрович, старший викладач, кафедра вищог математики, Одеська нащональна академ1я харчових технологш, Украгна.
Ттлов Олександр Сергшович, доктор техтчних наук, про-фесор, завгдувач кафедри теплоенергетики та трубопровГдного транспорту енергоноспв, Одеська нащональна академ1я харчових технологш, Украта.
Кузаконь Ыктор Михайлович, кандидат фiзико-математичних наук, доцент, завгдувач кафедри вищог математики, Одеська нащональна академ1я харчових технологш, Украгна. Шлапак Галина Всеволодiвна, кандидат техтчних наук, доцент, кафедра технологи м'яса, риби i морепродуктiв, Одеська нащональна академ1я харчових технологш, Украгна.
Osadchuk Eugeniy, Odessa National Academy of Food Technologies, Ukraine, e-mail: osadchuk_e@mail.ru. Titlov Alexandr, Odessa National Academy of Food Technologies, Ukraine, e-mail: titlow@mail.ru.
Kuzakon Victor, Odessa National Academy of Food Technologies, Ukraine, e-mail: kuzakon_v@ukr.net.
Shlapak Galina, Odessa National Academy of Food Technologies, Ukraine, e-mail: shlapak.galya@mail.ru
УДК ББ4ШБ37.142.2 DOI: 10.15587/2312-8372.2015.44154
Р0ЗР0БКА ТЕХНОЛОГИ' ПР1СН0Г0 листкового НАШВФАБРНКАТУ НА ОСНОВ1 МОЛОЧНО1 СНРОВАТКИ
Запропоновано використання замкть води та лимонног кислоти в технологгях пркного листкового натвфабрикату молочно'г сироватки, що е цнним джерелом незамтних амтокислот. Ви-значено еластичтсть та пружтсть, розтягуватсть ткта пркного листкового натвфабрикату. На основг отриманих результата розроблено технологю пркного листкового натвфабрикату на основг молочно1 сироватки, яка характеризуеться низьким ркнем промисловог переробки.
Ключов1 слова: пркний листковий натвфабрикат, молочна сироватка, еластичтсть, пружтсть, розтягуватсть, вихкд, вологкть.
Никифоров Р. П., Ca6ipoB О. В.
1. Вступ
Розроблеш науково-обгрунтоваш i практично ба-гаторазово тдтверджет положення про те, що рiвень здоров'я населення безпосередньо залежить ввд особли-востей його харчування. Зокрема, зпдно з оцшками експерпв ВООЗ, здоров'я населення на 50 % залежить вщ способу життя, найважлившим складником якого е харчування.
На жаль, сучасний рiвень харчування людства неза-довшьний як в кшьюсному, так i в яюсному вщношен-ш. Вщомо, що яюсний аспект харчування пов'язаний з дефщитом у рацюш повноцшного бшка, полшенаси-чених жирних кислот, виамшв, мжро- i макронутрiен-пв, харчових волокон. Науковi дослвдження i даш статистики останшх роюв сввдчать про стшю порушення в структурi харчування населення Украши внаслвдок рiзкого зниження споживання бюлопчно цшних продукт, зокрема бшка. Тому, найважлившим народно-господарським завданням е полшшення структури хар-чування населення.
Доброю засвоюватстю, приемним ароматом i смаком вiдрiзняються кондитерсью вироби. Найбшьшу питому вагу (близько 42 %) серед них займають борошняш кондитерсью вироби [1]. Традицшно значним попитом у населення Украши користуються вироби з пркного листкового пста [2].
Слвд ввдзначити, що досягнутий рiвень приготу-вання i реалiзацii виробiв з прiсного листкового пста у закладах ресторанного господарства не ввдповвдае сучасним вимогам, а останшм часом спостерiгаеться тенденцiя до його зниження. Це зумовлено насамперед обмеженим асортиментом та недостатньою увагою до розробки нових технологш 'iх виробництва.
2. Анал1з л1тературних даних та постановка проблеми
Проблемами удосконалення технологи листкового пста у рiзнi часи займалися науковщ Андреев А. Н., Смелик В. А., Беляева Л. М., Паньковський Г. А., Полякова А. В. та iншi [3-9]. Однак, здебшьшого в його
